Arduino — платформа для разработки простых электронных схем, хорошо зарекомендовавшая себя среди домашних энтузиастов. Правильная схема питания необходима для корректной работы Ардуино и остальных частей сборки. В этой статье разберем, как подключить плату к различным источникам питания.
Схема питания на Arduino Uno
Чтобы понять, как запитать плату Ардуино, взглянем на её схему:
На схеме видим следующие элементы:
- Вход USB Type B с током питания 5V;
- Вход DC Jack 2.1 mm с диапазоном напряжения 7 – 12V;
- Контакт 5V для питания платы напрямую;
- Стабилизированный вход Vin 7 –12V;
- Общий контакт GND (заземление).
Рабочее напряжение Arduino Uno — 5V, потребление тока в пределах 20 – 22 мА. Возможный диапазон входного напряжения — 5-20V, однако, не рекомендуется выходить из диапазона 7 – 12V. Напряжение ниже 7V может вызвать нестабильную работу микроконтроллера («мозги» платы), ибо на входном каскаде могут происходить потери в несколько вольт, а напряжение выше 12V вызывает сильный нагрев стабилизирующей микросхемы по линии питания.
Питание платы через USB
При подключении через USB, источником стабилизированных 5V становится Ваш компьютер/ноутбук. Это удобно, когда нужно быстро загрузить скетч (программа, написанная в среде разработки Arduino IDE). Необходимо учитывать, что после USB-порта, по линии питания установлен диод, выполняющий роль предохранителя. Напряжение на нем снижается до значений ~4,7V, что может повлиять на работу чувствительных приборов, подключенных к Ардуино. При этом, максимальная сила тока источника питания должна быть не выше 500 мА, иначе диод может просто сгореть. Учитывая эти особенности, этот способ питания не лучший для сборки полноценных схем.
Возможно подключение других источников питания, например зарядные устройства для телефонов, повербанки и т.д, однако, все перечисленные особенности остаются актуальными. Рекомендуются использовать порт USB только для прошивки Ардуино, при подключенном внешнем питании, для безопасного прохождения процесса. Плата сама выберет, какой источник питания более предпочтительный.
Через DC Jack 2.1 mm
Ардуино Уно оснащается разъемом типа DC Jack 2.1×5.5mm, внешняя часть которого является минусовым контактом, а внутренняя — плюсом. Он предназначен для подключения источников питания с напряжением от 7 до 12V. Подойдет любой адаптер AC/DC с соответствующим разъемом.
Также, при использовании переходников, возможно подключение различных батареек, например кроны 9V или двух литий-ионных аккумуляторов типа 18650, последовательно подключенных, для получения напряжения в пределах от 7,2 до 8,4V. Это позволит сделать проект автономным и достаточно компактным.
Для получения еще большей автономности, можно подключить солнечную панель. Тогда, стоит собрать схему, в которой аккумуляторы будут запитывать Ардуино, а солнечную панель подключить как зарядное устройство для аккумуляторов.
Через контакт Vin (7 – 12V)
Контакт Vin на плате может использоваться как вывод, который выдает напряжение, равное напряжению источника, или же как стабилизированный вход для источников 7 – 12V. При подключении таким методом, плюсовой контакт от источника питания подключается в разъем Vin, а минусовой может быть подключен в любой контакт GND на плате.
Для подключения таким способом актуально все сказанное про подключение через DC Jack — ток также проходит через стабилизатор на плате, через все защитные микросхемы по линии питания. Выбор подключения зависит от самого пользователя — какой способ для него более удобный, есть ли необходимость снятия тока с Vin для питания остальных частей схемы.
Через контакт 5V
На плате Ардуино также установлен контакт 5V, который может использован быть использован как выход для питания внешних устройств, или же для запитки самой платы. Необходимо учитывать, что источник питания должен выдавать устойчивые и стабильные 5V (5,5V max) напряжения. Минимальное напряжение зависит от тактовой частоты микроконтроллера: 1 – 4 MHz @ 1.8 – 5.5V; 4 – 10 MHz @ 2.7 – 5.5V; 10 – 20 MHz @ 4.5 – 5.5V.
Данный способ подразумевает запитку платы напрямую, обходя все стабилизирующие и защитные микросхемы на плате. Любая проблема с подключением, например несоблюдение полярности, скачки напряжения, выведут плату из строя. Если планируется подключение нестабилизированного источника, перед входом в контакт рекомендуется установить стабилизатор входного напряжения (понижающий или повышающий, в зависимости от источника питания). 
По аналогии с Vin, плюсовой провод подключается в 5V контакт, минусовой в контакт GND.
Подключение «мощных» потребителей к Ардуино
Если Ваш проект подразумевает подключение устройств с высоким током потребления, важно помнить, что питать их напрямую от Ардуино нельзя. Ардуино — логическое устройство, которое предназначено для передачи сигналов и управления другими элементами схемы. Сила тока, снимаемая с контактов платы, ограничена 40 мА. Поэтому, при сборке схемы с мощными потребителями, питание подключается отдельно для платы, отдельно для потребителя (можно с одного источника).
Также, важно упомянуть про закон Ома. Ардуино и подключенные устройства возьмут от источника столько Ампер, сколько им надо. Количество ампер, которые указаны на блоке питания, являются максимальной силой тока, которую он может отдать без просадок/выхода из строя и т.п.
Например, возьмем стандартный блок питания от зарядки телефона с характеристиками 5V / 1A. Подключая к нему Ардуино, потребляющую 20 мА, и двигатель с потреблением 550 мА, блок питания отдаст 570 мА, а оставшиеся 430 мА будут запасом.
Можно использовать блоки питания хоть на десятки Ампер. Это не повлияет на работу Ардуино и остальных компонентов схемы (в отличие от напряжения, его надо подбирать в указанном диапазоне). Главное запомнить — максимальная токоотдача источника питания должна быть равна или больше потребляемых сборкой Ампер.
Заключение
В этой статье мы разобрались, как подключить питание к Arduino Uno. Подведем итоги:
- При выборе способа питания, более предпочтительным будет подключение через DC Jack или разъем Vin от источника напряжения 7 – 12V. Ток проходит через стабилизатор на плате, передающий качественные 5V на плату;
- При подключении через 5V контакт, необходимо удостовериться, что источник стабилизирован и не создает помех. Такой способ подключения подразумевает обход всех защитных микросхем на плате;
- USB порт лучше использовать только для заливки скетчей в Ардуино. При этом, внешнее питание должно быть подключено, ибо во время прошивки через плату может пойти большой ток.
